川西坳陷須二氣藏氣田水成因、運移及其成藏演化

康保平，黃小燕，郭淑萍，李 振

(1. 中國石化 西南油氣分公司 勘探開發(fā)研究院 ，四川 成都 610041； 2.成都信息工程大學(xué)，四川 成都 610001；3. 中國石化集團(tuán) 西南石油局有限公司 培訓(xùn)中心，四川 成都 610081；4.中國石油 東方地球物理勘探有限責(zé)任公司 西南物探分公司，四川 成都 610213)

川西坳陷經(jīng)歷了早期的被動大陸邊緣盆地、印支期的局限前陸盆地、燕山期的類前陸盆地和喜馬拉雅期構(gòu)造殘余盆地演化[1]，形成了“三帶兩凹”的構(gòu)造格局，即大邑-鴨子河構(gòu)造帶、新場構(gòu)造帶、知新場-中江-回龍構(gòu)造帶、成都凹陷和梓潼凹陷。西南油氣分公司先后在新場、大邑構(gòu)造帶建成了須家河組二段氣田，即：新場氣田和大邑氣田。投產(chǎn)后，新場和大邑氣田氣井出水時間、水量、水型均不相同，表現(xiàn)為氣水關(guān)系復(fù)雜[2]。

本文以新場、大邑須二氣藏為研究對象，利用氣田水動態(tài)運移為直接介質(zhì)，對新場、大邑須二氣藏氣田水成因、動態(tài)運移和成藏演化等方面進(jìn)行對比，弄清造成新場、大邑須二氣藏差異的根本原因，為西南油氣分公司探區(qū)須二氣藏提供理論依據(jù)，為進(jìn)一步拓寬勘探開發(fā)提供導(dǎo)向。

1 川西坳陷須二氣藏氣田水類型

流體是聯(lián)系各種地質(zhì)要素和過程最為直接和活躍的媒介，流體的流動為油氣的運移和聚集提供動力、通道和場所[3]。水總是與生烴母巖和油氣相伴生的，它們在地史過程中互相依存、相伴演化。水是油氣生成、運聚的載體，油氣運聚成藏是水在地史進(jìn)程中循環(huán)活動的結(jié)果,水也是油氣現(xiàn)代分布和保存條件評價預(yù)測的重要內(nèi)容[4]。

理論上，地層水來源有3個主要相應(yīng)端元：原始沉積水、海相成因地層水和后期滲入淡水[3]。本文引用美國水文地質(zhì)學(xué)家洛瓦克(Novk)相圖分析法來判定川西須二氣藏氣田水的產(chǎn)層及類型[5]。該方法能快速有效地判別氣田( 鹵) 水產(chǎn)層及其化學(xué)特征，分析氣田( 鹵) 水運移的受控條件及有關(guān)組分的分布源點，是一種方便經(jīng)濟(jì)，又快速有效的方法[5]。

1.1 新場須二氣藏氣田水類型

新場構(gòu)造位于四川盆地西部坳陷中段孝泉-新場-合興場-豐谷北東東向構(gòu)造帶中段。2000年X851井在上三疊統(tǒng)須家河組須二(T3x2)獲得了高產(chǎn)工業(yè)氣流，發(fā)現(xiàn)了新場須二氣藏。

對比新場須二氣藏各井氣田水的洛瓦克(Novk)相圖與四川盆地標(biāo)準(zhǔn)剖面，新場須二氣藏氣田水對應(yīng)的端元為海相成因地層水，即中三疊統(tǒng)雷口坡組(T2l)的海相成因地層水(圖1)。

圖1 新場、大邑須二氣藏各井洛瓦克相圖Fig.1 Novk’s phase diagrams of wells in Xinchang,Dayi gas reservoir

1.2 大邑須二氣藏氣田水類型

大邑構(gòu)造位于龍門山?jīng)_斷帶內(nèi)前緣隱伏構(gòu)造帶，是龍門山前緣隱伏構(gòu)造帶內(nèi)的局部構(gòu)造。2005年Y1井在上三疊統(tǒng)須家河組須二(T3x2)段獲得工業(yè)氣流，發(fā)現(xiàn)了大邑氣藏。

對比大邑氣藏各井氣田水的洛瓦克(Novk)相圖與四川盆地標(biāo)準(zhǔn)剖面，大邑氣藏氣田水對應(yīng)的端元為原始沉積水和海相成因地層水，即須家河組原始沉積水和須下盆雷口坡組的海相成因地層水(圖1)。

1.3 新場、大邑須二氣藏氣田水氘、氧同位素特征

通常情況，氣田地層水與油氣共存于同一個地質(zhì)體形成氣水同產(chǎn)現(xiàn)象，但因氣田地層水因賦存層系和沉積演化等不同，其水化學(xué)及同位素地球化學(xué)特征各異[6]。前人研究表明新場須家河組二段水離子組合特征顯示出海相地層水(沈忠民等，2010)。為了進(jìn)一步識別新場、大邑氣田水成因類型，利用地層水氘、氧同位素分析值，以雨水氘、氧同位素變化規(guī)律遵循全球大氣降水直線方程(δD=δ18O+10)關(guān)系，視氣田地層水的δD和δ18O值的落點判斷其成因。大邑須二氣藏提產(chǎn)后的氣田水氘、氧同位素與新場須二氣藏氣田水落在相同區(qū)間，表明均為海相地層水；大邑須二氣藏提產(chǎn)前的氣田水氘、氧同位素值落點位于大氣降水線左邊，表明保存了初始同位素值，代表原始沉積賦存水(圖2)。說明成藏后次生水的沖刷影響小，也可能代表未被構(gòu)造運動破壞的原生氣藏[7]。

圖2 川西坳陷新場、大邑須二氣田水氘、氧同位素關(guān)系Fig.2 Diagram of deuterium and oxygen isotopes of Xu 2 gas reservoir in Xinchang and Dayi in western Sichuan Depression

對比發(fā)現(xiàn)，洛瓦克(Novk)相圖分析結(jié)果與氣田地層水氘、氧同位素特征的結(jié)果是相吻合。

2 川西坳陷須二氣藏氣田水成因

流體(地層水和油氣)的流動是沉積盆地內(nèi)物質(zhì)和能量傳輸?shù)闹匾^程。油氣田地層水可以提供流體成因、流動和水-巖相互作用的重要信息[8]。在油氣生成、運移、聚集、保存和散失過程中，地層水與油氣之間存在物質(zhì)與能量的交換，蘊(yùn)含了許多與油氣藏形成和保存的相關(guān)信息[9]。地層水化學(xué)特征與油氣的生、運、聚、散過程有著十分密切的關(guān)系[10]，能直接反映油氣保存條件的好壞。本文采用鈉氯系數(shù)、肖勒系數(shù)和脫硫系數(shù)(系數(shù)中的r為摩爾濃度)判斷新場、大邑須二氣藏氣田水成因[8-11]。

1) 鈉氯系數(shù)(rNa+/rCl-)

通常地下水封閉性越好、越濃縮、變質(zhì)越深，其比值就越小，反映保存越有利。當(dāng)rNa+/rCl-大于0.85時地層水為CaCl2Ⅰ型，反映保存條件差；當(dāng)rNa+/rCl-為0.85～0.75時地層水為CaCl2Ⅱ型，反映保存條件較差；當(dāng)rNa+/rCl-比值小于0.5時地層水為CaCl2Ⅴ型，屬于原始沉積-高度變質(zhì)水，反映保存條件好。

2) 肖勒系數(shù)(IBE)

當(dāng)水中Cl->(Na++K+)時，水中的Na++K+與巖石吸附的Mg+或Ca+發(fā)生交換，使Na++K+減少，所以Na+

(1)

資料統(tǒng)計表明，古沉積水的油氣田水IBE大于0.129；油氣田水中含有滲入水時，IBE值小于0.129。

通常認(rèn)為脫硫系數(shù)越小，反映地層水封閉性越好，越有利于油氣的保存。脫硫系數(shù)小于1，認(rèn)為地層水還原徹底，埋藏于封閉良好的地區(qū)；反之，則認(rèn)為還原作用不徹底，可能受淺表層氧化作用的影響。

2.1 新場須二氣藏氣田水成因

新場須二氣藏氣田水rNa+/rCl-為0.50～0.63，表明其保存條件較差；IBE值為0.34～406.17，大于0.129，屬于典型的古沉積水；脫硫系數(shù)均為小于1，反映氣田水形成時封閉性好(表1)。

地層水蘊(yùn)含的與油氣藏形成和保存的相關(guān)信息及地層水的活動和性質(zhì)直接或間接指示了流體系統(tǒng)的開放性和封閉性[10]。川西前陸盆地形成和演化過程中經(jīng)歷了多次構(gòu)造運動，導(dǎo)致各層系間流體混合作用強(qiáng)烈(李巨初等，2001；劉樹根等，2005)，不同層位之間氣水存在一定的聯(lián)系。新場須二氣藏氣田水為須下盆雷口坡組的海相成因地層水，是因為雷口坡組海相成因地層水后期保存條件較差而運移至須二氣藏，使得新場須二氣藏氣田水為雷口坡海相成因地層水。

2.2 大邑須二氣藏氣田水成因

大邑須二氣藏氣田水rNa+/rCl-為0.20～0.49，屬于保存條件好的原始沉積-高度變質(zhì)地層水；IBE為4.07～84.88(遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.129)，屬于典型的古沉積水；脫硫系數(shù)為0.004～0.97(<1)，表明其形成時埋藏于封閉良好的地區(qū)，還原徹底，屬于典型的古沉積水(表1)。試采中，大邑須二氣藏氣田水由須家河的古沉積水變化為須下盆雷口坡組的海相成因地層水。以Y1井為例分析其動態(tài)變化。

Y1井生產(chǎn)階段分為穩(wěn)產(chǎn)階段和提產(chǎn)階段。穩(wěn)產(chǎn)階段，氣田水鈉氯系數(shù)為0.2～0.28，脫硫系數(shù)為0.87～0.81，肖勒系數(shù)為35.74～72.92，化學(xué)特征表現(xiàn)為典型的須家河組原始沉積水 (圖2;表1)。提產(chǎn)后，氣田水鈉氯系數(shù)變化從0.36升至0.6，脫硫系數(shù)為0.06～0.11，肖勒系數(shù)變化從73.59降為13.98。地層水由須家河原始沉積水變化為須下盆雷口坡組的海相成因地層水。與須家河原始沉積水相比，海相成因地層水其形成時保存條件較差。在這一點上，新場和大邑地區(qū)海相成因地層水是一致(圖3)。由此可見，Y1井提產(chǎn)打破了原有的穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)，使兩種原本隔離的地層水發(fā)生了縱向聯(lián)系,雷口坡組的海相成因地層水隨著斷層上竄[12]，逐漸替代了須家河原始沉積水。

川西坳陷為龍門山推覆構(gòu)造帶的前陸盆地，其基底為中三疊統(tǒng)海相灰?guī)r，向上依次為上三疊統(tǒng)馬鞍塘組、小塘子組、須家河組、陸相煤系地層及侏羅系至白堊系陸相紅層[13]。一方面，控制大邑構(gòu)造的斷層向上均未斷開下侏羅統(tǒng)區(qū)域蓋層，保存條件好；成藏期間，烴源巖生成的天然氣沿孔隙性通道和斷層等運移,在須二段、須三段和須四段內(nèi)聚集[10],此時，氣藏伴生水為須家河組原始沉積水；另一方面，控制大邑構(gòu)造的斷層向下斷過須家河組進(jìn)入三疊系含鹽系地層，溝通了三疊系海相和陸相的主要烴源巖地層，對深埋地腹的氣源垂向運移乃至油氣聚集成藏都起到了非常重要的通道作用。提產(chǎn)破壞了氣藏平衡，須下盆雷口坡組的海相成因地層水隨著斷層上竄并產(chǎn)出[12](圖4)。

表1 大邑、新場須二氣藏各井氣田水化學(xué)特征參數(shù)Table 1 Chemical characteristic parameters of produced gas field water of Xu2 gas reservoir in Xinchang and Dayi

圖3 大邑須二氣藏Y1井采氣曲線及洛瓦克相圖(①,②原始沉積水;③—⑤海相成因地層水)Fig.3 Gas productivity curve and Novk’s phase diagram of well Y1 of Xu 2 gas reservoir in Dayi(①,②original formation water；③—⑤the marine formation water)

圖4 大邑須二氣藏流體運移圖Fig.4 Fluid migration of Xu 2 gas reservoir in Dayi

3 川西坳陷須二氣藏成藏演化

3.1 川西坳陷須二氣藏斷裂發(fā)育情況

據(jù)前人研究，川西坳陷經(jīng)歷了多次構(gòu)造運動，最具影響的構(gòu)造活動有印支(晚)期構(gòu)造、燕山期和喜馬拉雅期構(gòu)造運動[14]。構(gòu)造運動中形成的斷裂有4期[14-15]：第一期，印支早中期形成的EW向斷裂系統(tǒng)，主要分布于孝泉-新場-合興場-豐谷及回龍地區(qū)，斷裂比較簡單，規(guī)模不是很大；第二期，印支晚期-燕山中期形成的NE向斷裂系統(tǒng)，是川西前陸盆地發(fā)育最多、分布最廣的斷裂，對川西前陸盆地的形成和演化影響深刻；第三期，燕山晚期-喜馬拉雅早期形成的斷裂系統(tǒng)。斷層規(guī)模小，主要分布于知新場、大邑構(gòu)造等局部地區(qū)。新場地區(qū)發(fā)育NNE斷裂系統(tǒng)，大邑地區(qū)發(fā)育EW和SN斷裂系統(tǒng)；第四期，喜馬拉雅晚期形成的斷裂系統(tǒng)，在孝泉-新場-豐谷等地為SN斷裂系統(tǒng)，而大邑地區(qū)該期構(gòu)造運動表現(xiàn)為扭構(gòu)造運動，未形成新的斷裂[16](圖5)。因此，川西坳陷新場、大邑須二氣藏構(gòu)造形變、裂縫影響均不同。

3.2 川西坳陷須二氣藏成藏演化

有機(jī)包裹體是油氣生成、運移和聚集的直接標(biāo)志，是油氣運移聚集過程的原始記錄，這些記錄一般不會因后期繼承性的疊加改造而消失[17]。通過對這些流體包裹體中的烴類組分分析，可大致推斷其聚集時期。前人研究表明：川西坳陷三疊統(tǒng)須家河組生烴期開始于印支晚期，主要排烴期是燕山中、晚期[5，14，18]，主要成藏期在燕山期-喜馬拉雅期[19]。依據(jù)浙江大學(xué)鑒定有機(jī)包裹體均一溫度，將川西坳陷須二段氣藏主成藏期細(xì)化為T3末、J1—J3，J3晚期—K2。

圖5 川西坳陷須二氣藏斷裂分布Fig.5 Fracture distribution of Xu 2 in the western Sichuan Depression

地層水與油氣的運移、聚集和保存關(guān)系非常密切[19]。由于地層水運動是油氣運移聚散的動力和載體，油氣的生成、運移、聚集、保存和散失都是在地層水的環(huán)境里或是在地層水的參與下進(jìn)行的，地層水與油氣在地質(zhì)歷史進(jìn)程中的活動是相互依存、制約的因果關(guān)系[20]。結(jié)合新場、大邑構(gòu)造埋藏史、熱史、生烴史及川西構(gòu)造演化、油氣運移期次[14，18]，川西坳陷須二氣藏經(jīng)歷了3個成藏期，即：印支中期—燕山早期(J1)，燕山早期(J2)—燕山晚期和喜馬拉雅期。第一成藏期，印支晚期開始生烴，有機(jī)質(zhì)演化已進(jìn)入石油窗階段，油氣為低熟油，流體為含有脫羧基酸性有機(jī)水和部分低熟油的混合流體。此時，新場、大邑構(gòu)造處于雛形階段，印支期構(gòu)造運動形成是NE構(gòu)造裂縫為含有低熟油的混合流體泄壓排放和運移聚集提供通道，使油氣原地聚集形成自生自儲的小型原始油氣藏，即自生自儲為主的原生油氣藏階段；第二成藏期，燕山中期生烴達(dá)到高峰，此時油氣由低熟油變?yōu)槌墒煊?，流體為小型原始油氣藏由構(gòu)造初始隆升過程中釋放的載烴油田水。此時，新場、大邑構(gòu)造為發(fā)展階段，印支晚期—燕山中期在新場、大邑形成的NNE和EW，SN斷裂系統(tǒng)為原始油氣藏的油氣就近運移、聚集和形成較大規(guī)模的原生油氣藏提供了通道條件；來自深部的高鹽度地層水(來自中三疊統(tǒng)雷口坡組蒸發(fā)巖系)與原生油氣藏泄壓釋放的載烴油田水混合物對原生油氣藏進(jìn)行破壞[18]，形成二次運移異地聚集形成早期次生油氣藏，即油氣二次運移、聚集和形成更大規(guī)模深部次生油氣藏階段；第三期成藏期，喜馬拉雅晚期構(gòu)造運動強(qiáng)烈，在新場形成SN向斷裂系統(tǒng)，分支斷層、褶皺和裂縫系統(tǒng)發(fā)育[21]，對儲層具有很好的改造作用，對深部次生油氣藏進(jìn)一步改造，深部的高鹽度地層水流體沿該期構(gòu)造裂縫由深部向淺部運移和聚集[15]，對深層早期形成的氣藏進(jìn)行了調(diào)整、改造(秦勝飛等，2007)?，F(xiàn)今新場須二氣藏的氣田水為雷口坡組海相成因地層水(也可能存在未被構(gòu)造破壞的原生氣藏)，佐證了喜馬拉雅晚期構(gòu)造對深部次生油氣藏的改造。大邑地區(qū)該期構(gòu)造運動表現(xiàn)為壓扭構(gòu)造運動，沒有形成新的斷裂，只是對早期形成的“X”型剪切縫進(jìn)行了改造形成復(fù)合壓扭性縫，多為封閉性斷裂[16]。大邑須二氣藏氣田水穩(wěn)產(chǎn)期為須家河組原始地層水，佐證了該期構(gòu)造對大邑須二氣藏未進(jìn)行改造(圖1，圖6)。

圖6 川西坳陷須二氣藏成藏演化Fig.6 The evolution of Xu 2 reservoir gas accumulation in the western Sichuan Depression

總體上，川西坳陷須二氣藏形成及分布主要受控于早期構(gòu)造(印支—燕山期)，而晚期構(gòu)造(主要是喜馬拉雅期)僅對早期氣藏起改造作用[22]。新場須二氣藏經(jīng)歷了早期成藏、后期深盆氣疊加和晚期裂縫改造；大邑須二氣藏只經(jīng)歷了早期成藏和后期深盆氣疊加。由此可見，燕山成藏期為川西坳陷須二氣藏的主要成藏期，喜馬拉雅期僅對早期的氣藏起調(diào)整、改造作用，川西坳陷須二氣藏是多期影響的產(chǎn)物[19]。

4 結(jié)論

1) 新場須二氣藏氣田水為雷口坡組的海相成因地層水，其形成時封閉性較好，但因后期保存條件變差雷口坡組海相成因地層水運移至須二氣藏，造成現(xiàn)今的氣田水為海相成因地層水。

2) 大邑須二氣藏氣田水由須家河組原始沉積水逐漸變?yōu)槔卓谄陆M的海相成因地層水，其形成時封閉性，還原徹底，為典型的古沉積水，但因提產(chǎn)致使雷口坡組的海相成因地層水沿控制大邑構(gòu)造的斷層運移至須二段，須家河組原始沉積水逐漸被雷口坡組的海相成因地層水替代，與大邑須二氣藏氣田水動態(tài)變化特征相吻合。

3) 成藏演化表明,新場須二氣藏經(jīng)歷了早期成藏、后期深盆氣疊加和晚期裂縫改造；大邑須二氣藏只經(jīng)歷了早期成藏和后期深盆氣疊加，由于經(jīng)歷的成藏階段和構(gòu)造運動影響不同，造成了新場、大邑須二氣藏氣田水類型及動態(tài)特征不同，是成藏演化的結(jié)果。

參 考 文 獻(xiàn)

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